《真空蒸发镀膜》PPT课件

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1、薄膜制备技术3.4外延制膜技术3.3化学沉积镀膜3.2阴极溅射镀膜3.1真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜薄膜生长方法是获得薄膜的关键。薄膜材料的质量和性能不仅依赖于薄膜材料的化学组成，而且与薄膜材料的制备技术具有一定的关系。真空蒸发镀膜物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程。块状材料(靶材)薄膜物质输运能量输运能量衬底真空蒸发镀膜方法的核心点：薄膜材料通过物理方法产生并输

2、运到基体表面的镀膜方法；通常是固体或熔融源；一般来说，在气相或衬底表面没有化学反应；需要相对较低的气体压力环境：a)其他气体分子对于气相分子的散射作用较小；b)气相分子的运动路径近似为一条直线；c)气相分子在衬底上的沉积几率接近100%。代表性技术：蒸发镀膜、溅射镀膜；技术特点：真空度高、沉积温度低、设备相对比较简单。薄膜质量可控度小、表面容易不均匀。物理气相沉积真空蒸发镀膜要点：●真空蒸发原理●蒸发源的蒸发特性及膜厚分布●蒸发源的类型●合金及化合物的蒸发真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中，加热蒸发容器

3、中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜的方法。真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜加热丝加热舟坩埚盒状源（KnudsenCell）常用蒸发源真空蒸发镀膜一、真空蒸发镀膜法(1)优点：成膜速度快：0.1~50μm/min，设备比较简单，操作容易；制得薄膜纯度高；用掩模可以获得清晰的图形；薄膜生长机理较单纯。(2)缺点：薄膜附着力较小；结晶不够完善；工艺重复性不够好；膜厚不易控制；薄膜质量不是很好。真空蒸发镀膜基本过程：（1）加热蒸发过程，凝聚相→气相该阶段的主要作用因

4、素：饱和蒸气压（2）输运过程，气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运该阶段的主要作用因素：分子的平均自由程（工作气压），源—基距（3）基片表面的淀积过程，气相→固相凝聚→成核→核生长→连续薄膜蒸发过程镀膜时，加热蒸镀材料，使材料以分子或原子的状态进入气相。在真空的条件下，金属或非金属材料的蒸发与在大气压条件下相比要容易得多。沸腾蒸发温度大幅度下降，熔化蒸发过程大大缩短，蒸发效率提高。以金属铝为例，在一个大气压条件下，铝要加热到2400C才能达到沸腾而大量蒸发，但在1.3mPa压强下，只要加热到847C就可

5、以大量蒸发。一般材料都有这种在真空下易于蒸发的特性。真空蒸发镀膜z—单位时间内单位面积上蒸发出的分子数。px—蒸发材料的蒸气压(Pa)。M—材料的摩尔质量(g/mol)T—热力学温度(K)若用单位面积、单位时间内蒸发的质量，则有：蒸镀材料受热蒸发的速率由下式给出：所以，影响材料蒸发速度的因素，包括：材料的蒸汽压px，材料的摩尔质量M，蒸发温度T另外，还有蒸镀材料表面洁净程度。蒸发料上出现污物，蒸发速度降低。特别是氧化物，它可以在被蒸镀金属上生成不易渗透的膜皮而影响蒸发。不过，如果氧化物较蒸镀材料易于蒸发(如S

6、iO2对Si)或氧化物加热时分解，或蒸发料能穿过氧化物而迅速扩散，则氧化物膜将不会影响蒸发。真空蒸发镀膜输运过程蒸发材料分子进入气相，就在气相内自由运动，其运动的特点和真空度有密切关系。常温下空气分子的平均自由程为在p=1.310-1Pa时，=5cm；p=1.310-4Pa时，5000cm。在压力p=1.310-4Pa时，虽然在每cm3空间中还有3.21010个分子，但分子在两次碰撞之间，有约50m长的自由途径。在通常的蒸发压强下，平均自由程较蒸发源到基片的距离大得多，大部分蒸发材料分子将不与真空室

7、内剩余气体分子相碰撞，而径直飞到基片上去，只有少数粒子在迁移途中发生碰撞而改变运动方向。真空蒸发镀膜若设蒸发出的分子数为z0，在迁移途中发生碰撞的分子数为z1，蒸发源到基片的距离为l，则发生碰撞的分子数占总蒸发分子数的比率可又下式求出：即迁移途中发生碰撞的分子数碰撞分子数与蒸发源到基片距离的关系由上式可以算出：当蒸发源到基片的距离l=，则z1=63%z0当蒸发源到基片的距离l=10，则z1=9%z0即蒸发源到基片的距离愈大，发生碰撞的分子数愈少。真空蒸发镀膜迁移途中发生碰撞的分子百分数与实际路程对平均自由程之比

8、的关系平均自由程必须较蒸发源到基片的距离大得多，才能在迁移过程中避免发生碰撞现象。真空蒸发镀膜真空室内的残余气体对于一个具有密闭的、洁净的、设计良好的真空系统的镀膜机来说，当气压为1.310-4Pa时，除了蒸发源在蒸发时释气外(如果蒸镀材料较纯，这种释气是不多的)，真空室内壁解吸的吸附气体分子是主要的气体来源。残余气体的影响：在计算镀膜机真空系统抽气能力时，除根据真空室容积选择真空